复数(complex number[1])是指形如a+ib(a、b均为实数)的数,i称为虚数单位,满足i2=-1,通常记复数为z=a+ib[7],a、ib分别称为其实部与虚部[1]。由所有复数构成的集合称为复数集或复数域,常用C表示[7]。
复数的历史可追溯到15世纪。1484年,法国数学 家舒开(Chuquet)在《算术三编》中第一次在形式上给出了负数的平方根[3][4]。1545年,意大利数学家卡尔达诺(Girolcomo Cardano)在著作《大法》中首次把负数的平方根写出来,其相关设想隐含着虚数的概念及复数的加法、乘法运算法则[2]。1637年,法国数学家笛卡尔(Descartes)在《几何学》中给出了“虚数”这一名称,虚数由此流传开来[6],但此时一些数学家不承认虚数[4]。 从18世纪开始,虚数被广泛地用于解决各种函数问题[14]。1777年,瑞士数学家欧拉(Euler)在《微分公式》中首创了用符号作为虚数的单位[4],并创立了复变函数论的基本定理[2][6]。1788年,挪威数学家韦塞尔(Wessel)用一个单位线段来表示复数的几何意义,形成了其几何术语定义以及平面向量的运算法则[3]。1831年,德国数学家高斯(Gauss)在《哥廷根学报》上明确了复平面的概念[4][14],并建立了复数的某些运算[6]。1837年,英国数学家哈密顿(Hamilton)将复数定义为一个有序的实数对,奠定了复数理论严格的纯算术基础[5]。19世纪,复变函数论逐渐发展起来[2]。 复数的基本运算包括加法、减法、乘法、除法[15]、乘幂、方根等[10],其四则运算满足交换律、结合律、分配律等规律[12]。复数理论与代数学、微积分相结合可形成一些新的概念。此外,该概念在其他领域中应用广泛[2],如在计算机科学中,应用四元数极性复指数变换可以有效检测图像中的复制—粘贴篡改,对篡改区域后处理操作具有较好的鲁棒性[8]。 定义